CN105099277B - 一种基于太阳能的昼夜温差发电装置 - Google Patents

一种基于太阳能的昼夜温差发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能的昼夜温差发电装置。本发明利用热管中液体的相变，进而实现热管两端温度的差别，通过利用温差发电片的发电原理，实现回路能够产生电流的效果。避免了现有技术中采用以油作为储热材料而导致发生泄漏和储热效果不佳的情况发生。同时，本发明采用的散热方法是采用具有带翅片的集热装置，通过增加与外界的接触面积，进而实现散热功能，并非现有技术中采用液体流动的方式进行散热的，减小了使用环境受限的因素。

Description

一种基于太阳能的昼夜温差发电装置
技术领域
本发明涉及发电领域，具体涉及一种基于太阳能的昼夜温差发电装置。
背景技术
随着无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)等低功耗设备对自供能技术越来越迫切的需求，采集自然能源转换成电能供应的方法被不断探索和实现。
其中，自然能源中的太阳能能量普遍存在且能量密度相对较大，在大功率的应用场合上利用太阳能能量的技术已经很成熟。而新发展起来的温差发电技术，其能量密度和发电效率虽然都比较低，但其结构和控制简单、无振动和噪声、体积小且安全无污染，故在低功耗的应用领域中较为常见。
目前市场中，已有采用将太阳能技术和温差发电技术相结合的发电装置，例如专利《太阳能温差发电装置》，该装置采用将温差发电片安装在储热箱和蓄冷箱之间的方式，进而通过温度的变化，使得温差发电片发电。然而，该装置的具有以下问题：
1、该装置中的储热箱以油作为储热材料，在使用时容易发生泄漏。
2、该装置中的储热箱以油作为储热材料，其储热效果不佳。
3、该装置中的蓄冷箱内注有冷却液，由于在使用时，需要通过泵等动力装置对蓄冷箱中的液体进行抽取，实现液体的流动，进而散热，导致使用条件受限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于太阳能的昼夜温差发电装置，在无需外界提供动力源的基础上，实现温差发电。
一种基于太阳能的昼夜温差发电装置，包括：热管、吸液芯、隔离保温层、第一温差发电片、第二温差发电片、集热装置和储能装置；
其中，所述热管为金属壳体构成的封闭空腔；所述热管金属壳体的内壁布满吸液芯；所述热管的空腔内部装有液体；
第一温差发电片和所述第二温差发电片分别套装在热管的两端，且第一温差发电片和第二温差发电片的冷端与热管的外表面接触，第一温差发电片和第二温差发电片的热端分别与集热装置和储能装置的内表面接触；集热装置套装在其中一个温差发电片上，储能装置套装在另一个温差发电片外部；隔离保温将相邻近的两块温差发电片之间包覆。
较佳地，所述集热装为具有带翅片的柱体；所述储能装置为筒状真空集热管；
较佳地，在温差发电片与热管之间装有一个六边形金属导热筒，该导热筒的内表面与热管的形状相对应，外表面与温差发电片的形状相对应。
较佳地，在第一温差发电片和第二温差发电片上涂覆导热涂层。
较佳地，采用半导体作为温差发电片材料。
较佳地，采用纯铜作为集热装置材料。
较佳地，采用含银导热硅脂作为导热涂层材料。
有益效果：
1、本发明利用热管中液体的相变，进而实现热管两端热量的传导，通过利用温差发电片的发电原理，实现回路能够产生电流的效果。避免了现有技术中采用以油作为储热材料而导致发生泄漏和储热效果不佳的情况发生。同时，本发明采用的散热方法是采用具有带翅片的集热装置，通过增加与外界的接触面积，进而实现散热功能，并非现有技术中采用液体流动的方式进行散热的，减小了使用环境受限的因素。
2、在温差发电片与热管之间装有一个六边形金属导热筒，以提高温差发电片与热管之间的贴合度。
3、在第一温差发电片和第二温差发电片上涂满导热涂层，提高热量的传导性能。
4、本发明采用半导体作为温差发电片材料，以提高发电量。
5、本发明采用纯铜作为集热装置材料，以提高导热率。
6、本发明采用含银导热硅脂作为导热涂层材料，以提高温差发电片与热管之间贴合度，以减小它们之间的热阻，加强热传导的效果。
附图说明
图1为本昼夜温差发电装置剖视图。
图2为本昼夜温差发电装置整体示意图。
图3为本昼夜温差发电装置侧视图。
其中，1-热管，2-吸液芯，3-隔离保温层，4-第一温差发电片，5-第二温差发电片，6-集热装置，7-储能装置，8-导热涂层。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种基于太阳能的昼夜温差发电装置，如图2所示，包括：热管1、吸液芯2、隔离保温层3、第一温差发电片4、第二温差发电片5、集热装置6和储能装置7；
其中，所述热管1为金属壳体构成的封闭空腔；所述热管1金属壳体的内壁布满吸液芯2；所述热管1的空腔内部装有液体；
第一温差发电片4和所述第二温差发电片5分别套装在热管1的两端，且第一温差发电片4和第二温差发电片5的冷端与热管1的外表面接触，第一温差发电片4和第二温差发电片5的热端分别与集热装置6和储能装置7的内表面接触；集热装置6套装在其中一个温差发电片上，储能装置7套装在另一个温差发电片外部；隔离保温层3将相邻近的两块温差发电片之间包覆。
为了提高效率，热管两端可布置多个温差发电片。
采用该装置的主要思想在于：
首先，热管分为冷凝端和蒸发端。其中，冷凝端和蒸发端是根据其工作状态而命名的，当热管的某一端部起到冷凝作用时，则该端部成为冷凝端。同样的，所有某一端部由于环境条件的改变而起到蒸发作用时，则该端部成为蒸发端。热管的工作原理为：热管从蒸发端吸收热量，使热管内的液体汽化，挥发到冷凝端后液化放热，然后再从冷凝端通过吸液芯的毛细引力的作用回流到蒸发端，如此循环，源源不断地将热量从一端传导到另一端。因此，将热管作为温差发电片冷端的导热部件，可以迅速将冷端热量传导出去，从而有效保持发电片两端的温差。由于热管内部气液循环的动力是毛细引力，因此热管还具有热流方向的可逆性，即热管的任意一端受热就可以作为蒸发端，而另一端向外散热就成为冷凝端，巧妙利用这一特点，就可以实现不同温差发电片在不同时段进行发电，进而实现昼夜温差发电。
温差发电片的工作原理为：温差发电片分为冷端和热端，当热端所在环境的温度高于冷端所在环境温度时，则温差发电片将会产生电流。
定义集热装置与第一温差发电片连接，储能装置与第二温差发电片连接。
则该装置工作过程为：白天照射，则此时集热装置所在的一端为热管的蒸发端，储能装置所在的一端为热管的冷凝端。集热装置吸收来自太阳能的热量，并通过第一温差发电片传输至热管中，此时，由于外界的热量高于热管腔体内部的温度，故存在温差，则会产生电流。同时，根据热管工作原理，蒸发端中的部分液体在受热后汽化成气体并移动至热管冷凝端，热管冷凝端将由蒸发端传来的气体液化冷凝成液体，由于吸液芯能够产生毛细引力，故液化后的液体在毛细引力的作用下牵引回热管蒸发端。然而，在液化冷凝的过程中，气体将会释放出热量，而此时的储能装置将会采集液化冷凝过程中产生的热量并存储，用于夜间散蒸发。
夜间时，由于白天外界温度将会通过第一温差发电片传导至热管冷凝端，被冷凝端的储能装置吸收储存，故此时环境的温度将低于储能装置的温度，即第二温差发电片冷端温度低于热端温度，故存在温差，则会产生电流。此时，集热装置所在的一端为热管的冷凝端，储能装置所在的一端为热管的蒸发端。储能装置将会散热，而此时热管中蒸发端中的部分液体在受热后汽化成气体并移动至热管冷凝端，热管冷凝端将由蒸发端传来的气体液化冷凝成液体，由于吸液芯能够产生毛细引力，故液化后的液体在毛细引力的作用下牵引回热管蒸发端。然而，在液化过程中，气体将释放出热量，而此时的集热装置将会采集液化过程中产生的热量并通过集热装置上的翅片散蒸发至外界。
将所述集热装置6为具有带翅片的柱体；所述储能装置7为筒状空腔储热管；
如图3所示，为了提高温差发电片与热管之间的贴合度，在温差发电片与热管1之间装有一个六边形金属导热筒，该导热筒的内表面与热管1的形状相对应，外表面与温差发电片的形状相对应。
为了提高热量的传导性能，在第一温差发电片和第二温差发电片上涂满导热涂层。
作为该温差发电棒的核心部件，温差发电片的选择和布置至关重要，温差发电片的发电功率和发电效率与决定于所用材料的塞贝克系数，同样的温差下，塞贝克系数越大，发电量越多。为此，本发明采用半导体作为温差发电片材料，以提高发电量。
根据常用固体材料导热系数表中的导热系数，本发明采用纯铜作为集热装置材料，以提高导热率。
为了提高温差发电片与热管之间贴合度，以减小它们之间的热阻，加强热传导的效果，本发明采用含银导热硅脂作为导热涂层材料。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于太阳能的昼夜温差发电装置，其特征在于，包括：热管(1)、吸液芯(2)、隔离保温层(3)、第一温差发电片(4)、第二温差发电片(5)、集热装置(6)和储能装置(7)；
其中，所述热管(1)为金属壳体构成的封闭空腔；所述热管(1)金属壳体的内壁布满吸液芯(2)；所述热管(1)的空腔内部装有液体；
第一温差发电片(4)和所述第二温差发电片(5)分别套装在热管(1)的两端，且第一温差发电片(4)和第二温差发电片(5)的冷端与热管(1)的外表面接触，第一温差发电片(4)和第二温差发电片(5)的热端分别与集热装置(6)和储能装置(7)的内表面接触；集热装置(6)套装在其中一个温差发电片上，储能装置(7)套装在另一个温差发电片外部；隔离保温层(3)将相邻近的两块温差发电片之间包覆。
2.如权利要求1所述的昼夜温差发电装置，其特征在于，所述集热装置(6)为具有带翅片的柱体；所述储能装置(7)为筒状空腔储热管。
3.如权利要求1所述的昼夜温差发电装置，其特征在于，在温差发电片与热管(1)之间装有一个六边形金属导热筒(9)，该导热筒的内表面与热管(1)的形状相对应，外表面与温差发电片的形状相对应。
4.如权利要求1所述的昼夜温差发电装置，其特征在于，在第一温差发电片和第二温差发电片上涂覆导热涂层。
5.如权利要求1所述的昼夜温差发电装置，其特征在于，采用半导体作为温差发电片材料。
6.如权利要求1所述的昼夜温差发电装置，其特征在于，采用纯铜作为集热装置材料。
7.如权利要求4所述的昼夜温差发电装置，其特征在于，采用含银导热硅脂作为导热涂层材料。
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